JP2014186627A - Ｒｆｉｄメディア用リーダ／ライタ - Google Patents

Abstract

【課題】ＲＦＩＤメディアに対する情報の読み出しや書き込みを行うことができる距離を短くすることなく、ＲＦＩＤメディアとアンテナとの距離に応じたインピーダンスの低下によってＩＣ部に過大な電流が流れることを回避する。
【解決手段】電源１０と、ＲＦＩＤメディアとの間にて信号の送受信を行うためのコイル状のアンテナ２０と、電源１０とアンテナ１０との間に接続され、電源１０から供給される電力によって信号の変復調を行う通信制御ＩＣ４０とを有し、アンテナ２０とＲＦＩＤメディアとの距離によって変動するアンテナ２０のインピーダンスに応じた電流が電源１０から通信制御ＩＣ４０に供給され、ＲＦＩＤメディアとの間にて信号を送受信することにより、ＲＦＩＤメディアに対して非接触状態にて情報の読み出しや書き込みを行う構成において、電源１０と通信制御ＩＣ４０との間に抵抗素子７０が直列に接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接触型ＩＣカード等のＲＦＩＤメディアに対して非接触状態にて情報の読み出しや書き込みを行うＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタに関し、特に、内蔵されたＩＣを過電流から保護する技術に関する。

近年、カードやラベルに対して非接触状態にて情報の読み出しや書き込みを行うことが可能なＩＣが搭載された非接触型ＩＣカードや非接触型ＩＣラベル等のＲＦＩＤメディアがその優れた利便性から急速に普及しつつある。このようなＲＦＩＤメディアにおいては、ＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタとの間にて生じる磁界結合によって電流が生じ、それにより、電源が供給されて情報の読み出しや書き込みが行われる。

図３は、ＲＦＩＤメディアに対して非接触状態にて情報の読み出しや書き込みを行うＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタの一般的な構成例を示すブロック図である。

本例におけるＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタは図３に示すように、電力を供給する電源１１０と、ＲＦＩＤメディアとの間にて信号の送受信を行うためのコイル形状のアンテナ１２０と、コイルやコンデンサ等の回路素子から構成されたＲＦネットワーク部１３０と、電源１１０から供給される電力によって、ＲＦＩＤメディアとの間にて送受信される信号の変復調を行う通信制御ＩＣ１４０と、ＲＦＩＤメディアに対する情報の読み出しや書き込みを制御するマイコン１５０と、外部装置とのインタフェースを司るインタフェース部１６０とを有している。

上記のように構成されたＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタにおいては、通信制御ＩＣ１４０内で発生する搬送波が、電源１１０から供給された電圧によって駆動される出力ドライバを介して電流増幅されてアンテナ１２０に流れており、その状態でＲＦＩＤメディアがアンテナ１２０に近づくと、アンテナ１２０とＲＦＩＤメディアに搭載されたアンテナとの磁界結合によりＲＦＩＤメディアのアンテナにも電流が流れ、その電流がＲＦＩＤメディア内の回路により直流電圧に変換されてＲＦＩＤメディアの動作電源が得られる。それととともに、マイコン１５０からの命令が通信制御ＩＣ１４０によって変換され、搬送波が変調されることでアンテナ１２０を介して送信される。ＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタから送信された命令はＲＦＩＤメディアにおいて復調され、それに応じた動作制御が行われた後、その命令に対する応答が変調信号としてＲＦＩＤメディアから送信される。ＲＦＩＤメディアから送信された応答信号はアンテナ１２０を介して受信され、通信制御ＩＣ１４０によって信号が復調される。

このようにして、ＲＦＩＤメディアに対してアンテナ１２０を介して送受信される信号が通信制御ＩＣ１４０によって変復調されることにより、マイコン１５０において、ＲＦＩＤメディアに対して非接触状態にて情報が読み出されたり書き込まれたりすることになる。

ここで、ＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタのアンテナ１２０及びＲＦＩＤメディアのアンテナのそれぞれにて磁界結合によって生じる電流は、ＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタのアンテナ１２０とＲＦＩＤメディアとの距離に応じて変化する。これは、ＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタのアンテナ１２０とＲＦＩＤメディアのアンテナとの相互インダクタンスが、その距離に応じて変動することによるものである。そのため、ＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタの近傍にＲＦＩＤメディアが存在すると、両アンテナ間の相互インダクタンスが増加し、ＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタのアンテナ１２０とＲＦＩＤメディアのアンテナとの間の磁界結合が強くなる傾向があり、両アンテナ間の距離に応じてアンテナ１２０に流れる電流が増加する。ＲＦＩＤ通信においては、特にＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタのアンテナ１２０及びＲＦＩＤメディアのアンテナは搬送波の周波数に合わせた周波数に共振するように構成されており、ＲＦＩＤメディアが近傍に存在すると、ＲＦＩＤメディアのアンテナに磁界結合により電流が流れる。それにより、ＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタのアンテナ１２０のインピーダンスが低下することで、アンテナ１２０に流れる電流が増加し、その結果、通信制御ＩＣ１４０に電源１１０から流れ込む電流が増加することで、通信制御ＩＣ１４０内で消費される電力が増加して通信制御ＩＣ１４０の許容消費電力を超えてしまう虞れがある。

ここで、ＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタからの送信電力を制御することにより、ＲＦＩＤメディアのＩＣ回路を過大な電圧から保護する技術が考えられている（例えば、特許文献１，２参照）。このようにＩＣ回路を過大な電力から保護する構成は、上述したＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタにおいても必要となる。

図４は、ＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタの他の構成例を示すブロック図である。

本例は図４に示すように、図３に示したものに対して、アンテナ１２０とＲＦネットワーク部１３０との間に抵抗１７０ａ，１７０ｂが接続されている点が異なるものである。

このように構成されたＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタにおいては、抵抗１７０ａ，１７０ｂがアンテナのＱ値を低下させ、アンテナの共振周波数におけるインピーダンスの低下を抑える働きがあるため、結果として通信制御ＩＣ１４０に流れる電流を制限する効果がある。

特開２００６−３９７４４号公報 特開２００５−１０７７８１号公報

ところで、上述したようなＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタにおいては、ＲＦＩＤメディアに対する情報の読み出しや書き込みやすさを示すＱ値が重要となる。Ｑ値は、通信制御ＩＣ１４０の出力側における、抵抗成分をＲ、インダクタンスをＬ、容量成分をＣとした場合、
Ｑ＝（１／Ｒ）√（Ｌ／Ｃ）・・・（１）
で表される。また、角振動数をω、周波数をｆとすれば、
ω＝２πｆ＝√（１／ＬＣ）
であることから、式１を変形して、
Ｑ＝ωＬ／Ｒ・・・（２）
と表される。

ＲＦネットワーク部１３０においては、ＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタがＲＦＩＤメディアとの関係によりネットワーク内の容量値、インダクタンスや抵抗値が設定され、それによりＲＦネットワークの特性が左右される。一般にＲＦネットワーク部1３０のＱ値が高ければ通信性能も高いが、その反面、ＲＦＩＤメディアが近傍に置かれた場合に受ける影響が大きくなる傾向がある。ただし、通信手段として負荷変調を用いるＲＦＩＤ通信では、Ｑ値が高すぎると帯域幅も減少し通信が行えない状態になる可能性がある。そのため、適切なＱ値の選択が必要になる。

ＲＦＩＤメディアとの通信距離を延長する１つの方策として、負荷変調による通信が可能な帯域幅を確保した範囲で、ＲＦネットワーク部1３０のＱ値を高くすることが考えられる。しかし、Ｑ値を高くすると、上述の様に近傍にＲＦＩＤメディアが存在する場合におけるインピーダンスの低下によって通信制御ＩＣ１４０に流れる電流が増加する。一方、通信制御ＩＣ１４０に流れる電流を制限するための、抵抗１７０ａ，１７０ｂの抵抗値を大きくすれば、その分、通信制御ＩＣ１４０に流れる電流は制限されるが、その反面、ＲＦＩＤメディアに対する情報の読み出しや書き込みを行うことができる距離が短くなってしまうという問題点がある。

本発明は、上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、ＲＦＩＤメディアに対する情報の読み出しや書き込みを行うことができる距離を短くすることなく、ＲＦＩＤメディアとアンテナとの距離に応じたインピーダンスの低下によってＩＣ部に過大な電流が流れることを回避できるＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、
電源と、ＲＦＩＤメディアとの間にて信号の送受信を行うためのアンテナと、前記電源と前記アンテナとの間に接続され、前記電源から供給される電力によって前記信号の変復調を行うＩＣ部とを有し、前記アンテナと前記ＲＦＩＤメディアとの距離によって変動する前記アンテナのインピーダンスに応じた電流が前記電源から前記ＩＣ部に供給され、前記ＲＦＩＤメディアとの間にて信号を送受信することにより、前記ＲＦＩＤメディアに対して非接触状態にて情報の読み出しや書き込みを行うＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタにおいて、
前記電源と前記ＩＣ部との間に抵抗素子が直列に接続されていることを特徴とする。

上記のように構成された本発明においては、アンテナとＲＦＩＤメディアとの距離が短くなると、アンテナのインピーダンスが小さくなり、このインピーダンスに応じた電流が電源からＩＣ部に供給されることになるが、電源とＩＣ部との間に抵抗素子が直列に接続されているので、ＩＣ部に流れる電流がこの抵抗素子によって抑制されることになる。この際、抵抗素子は、ＩＣ部のアンテナ側ではなく、電源とＩＣ部との間に直列に接続されており、ＩＣ部のアンテナ側となるＲＦネットワーク間においては搬送波のドライバによりインピーダンス変換されているので、ＲＦネットワークの特性には影響を与えず、ＲＦＩＤメディアに対する情報の読み出しや書き込みにはほとんど影響が及ばない。

本発明によれば、電源とＩＣ部との間に抵抗素子が直列に接続されているため、アンテナとＲＦＩＤメディアとの距離が短くなることによりアンテナのインピーダンスが小さくなっても、ＩＣ部の電源電圧が抵抗素子にて発生する電圧降下によって制限されることにより、過大な電流が流れることが回避され、また、ＲＦＩＤメディアに対する情報の読み出しや書き込みを行うことができる距離が短くなることも回避できる。

本発明のＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタの実施の一形態を示すブロック図である。 図１に示したＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタにおいて抵抗素子を設けた場合と抵抗素子を設けていない場合とにおけるアンテナとＲＦＩＤメディアとの距離による通信制御ＩＣの電源端子に流れる電流と印加される電圧とを示す図である。 ＲＦＩＤメディアに対して非接触状態にて情報の読み出しや書き込みを行うＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタの一般的な構成例を示すブロック図である。 ＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタの他の構成例を示すブロック図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明のＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタの実施の一形態を示すブロック図である。

本例におけるＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタは図１に示すように、電源１０と、アンテナ２０と、ＲＦネットワーク部３０と、ＩＣ部となる通信制御ＩＣ４０と、マイコン５０と、インタフェース部６０と、抵抗素子７０とを有している。

電源１０は、５Ｖによる電源を通信制御ＩＣ４０に供給する。

アンテナ２０は、コイル形状を有し、ＲＦＩＤメディアとの間にて信号の送受信を行うためのものである。

ＲＦネットワーク部３０は、アンテナ２０と通信制御ＩＣ４０との間に接続されたコイルやコンデンサ等の回路素子から構成されている。このコイルやコンデンサ等の回路素子は、ＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタがＲＦＩＤメディアに対して情報の読み出しや書き込みを行うことを可能とする距離に応じてその値が設定されている。

通信制御ＩＣ４０は、抵抗素子７０を介して電源１０に接続され、電源１０から供給される電力によって、ＲＦＩＤメディアとの間にて送受信される信号の変復調を行う。通信制御ＩＣ４０のアンテナ２０側にはＲＦネットワーク部３０が接続されている。

マイコン１５０は、通信制御ＩＣ４０とインタフェース部６０との間に接続され、ＲＦＩＤメディアに対する情報の読み出しや書き込みを制御する。

インタフェース部６０は、外部装置とのインタフェースを司るものである。

抵抗素子７０は、１０Ωの抵抗値を有し、電源１０と通信制御ＩＣ４０との間に直列に接続されている。

以下に、上記のように構成されたＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタの動作について説明する。

上記のように構成されたＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタにおいては、通信制御ＩＣ４０内で発生する搬送波が、電源１０から供給された電圧によって駆動される出力ドライバを介して電流増幅されてアンテナ２０に流れており、その状態でＲＦＩＤメディアがアンテナ２０に近づくと、アンテナ２０とＲＦＩＤメディアに搭載されたアンテナの磁界結合によりＲＦＩＤメディアのアンテナにも電流が流れ、その電流が、ＲＦＩＤメディア内の回路により直流電圧に変換されてＲＦＩＤメディアの動作電源が得られる。

ＲＦＩＤメディアにて動作電源が得られた状態において、例えば、マイコン５０からの命令が通信制御ＩＣ４０によって変換され、搬送波が変調されることでアンテナ２０を介して送信される。ＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタからの命令がＲＦＩＤメディアにて受信されると、ＲＦＩＤメディアにおいて、受信された命令が復調され、マイコン５０からの命令に応じた動作が行われる。

また、ＲＦＩＤメディアからＲＦＩＤメディアの識別情報やメモリに書き込まれた情報が信号として送信されてくると、その信号がアンテナ２０を介して受信され、通信制御ＩＣ４０によって復調されてマイコン５０にて認識され、必要に応じてインタフェース部６０を介して外部装置に出力される。

また、ＲＦＩＤメディアのメモリに書き込む情報が、例えばインタフェース部６０を介して入力されてマイコン５０から出力されると、この情報による信号が通信制御ＩＣ４０によって変調されてアンテナ２０を介して送信される。そして、この信号がＲＦＩＤメディアにて受信され、ＲＦＩＤメディアにおいて、マイコン５０からの情報がメモリに書き込まれる。

このようにして、ＲＦＩＤメディアに対してアンテナ２０を介して送受信される信号が通信制御ＩＣ４０によって変復調されることにより、マイコン５０において、ＲＦＩＤメディアに対して非接触状態にて情報が読み出されたり書き込まれたりすることになる。

ここで、上述したように、ＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタのアンテナ２０とＲＦＩＤメディアとの距離に応じてアンテナ２０のインピーダンスが変動することにより、ＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタとＲＦＩＤメディアとの距離によっては、アンテナ２０に流れる電流が増加し、その結果、電源１０から通信制御ＩＣ４０に流れ込む電流が増加することで、通信制御ＩＣ４０内で消費される電流が増加して通信制御ＩＣ４０の許容消費電力を超えてしまう虞れがある。

そこで、本形態においては、電源１０と通信制御ＩＣ４０との間に抵抗素子７０を直列に接続している。

以下に、電源１０と通信制御ＩＣ４０との間に抵抗素子７０を接続したことによる効果について説明する。

図２は、図１に示したＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタにおいて抵抗素子７０を設けた場合と抵抗素子７０を設けていない場合とにおけるアンテナ２０とＲＦＩＤメディアとの距離による通信制御ＩＣ４０の電源端子に流れる電流と印加される電圧とを示す図であり、（ａ）は実験結果を示す図、（ｂ）は（ａ）に示した結果をグラフで表した図である。なお、図２（ｂ）においては、抵抗素子７０を設けた場合の結果を実線で示し、抵抗素子７０を設けない場合の結果を破線で示している。

上述したように、ＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタのアンテナ２０とＲＦＩＤメディアとの距離に応じてアンテナ２０のインピーダンスが変動することにより、アンテナ２０とＲＦＩＤメディアとの距離が短くなるにつれてアンテナ２０に流れる電流が増加していく。これに伴い、図２に示すように、電源１０から供給され、通信制御ＩＣ４０の電源端子に流れる電流も、アンテナ２０とＲＦＩＤメディアとの距離が短くなるにつれて増加していく。

電源１０と通信制御ＩＣ４０との間に抵抗素子７０が接続されていない場合は、図２に示すようにアンテナ２０とＲＦＩＤメディアとの距離が１７ｍｍ以下になると、通信制御ＩＣ４０の電源端子に流れる電流が２００ｍＡとなってしまう。そのため、通信制御ＩＣ４０として許容消費電力による絶対定格電流が２００ｍＡのものを用いた場合、アンテナ２０とＲＦＩＤメディアとの距離が１７ｍｍ以下になると、通信制御ＩＣ４０が破損してしまう虞れが生じることになる。

一方、電源１０と通信制御ＩＣ４０との間に抵抗素子７０が接続されている場合は、図２に示すように、アンテナ２０とＲＦＩＤメディアとの距離が０、すなわち、アンテナ２０とＲＦＩＤメディアとが密着した状態においても、通信制御ＩＣ４０の電源端子に流れる電流は、通信制御ＩＣ４０の許容消費電力による絶対定格電流を２００ｍＡとした場合にその絶対定格電流未満となっている。

これは、電源１０から通信制御ＩＣ４０及びＲＦネットワーク部３０を介してアンテナ２０までの経路における全体の抵抗値が、抵抗素子７０によって増加したことによるものである。

また、通信制御ＩＣ４０の電源端子に印加される電圧においては、抵抗素子７０によって電圧低下する分だけ、電源１０から供給される５Ｖに対して小さくなるが、通信制御ＩＣ４０が駆動するために十分な電圧を得ることができる。

また、抵抗素子７０は、通信制御ＩＣ４０のアンテナ２０側ではなく、電源１０と通信制御ＩＣ４０との間に接続されているため、図４に示したもののようにＲＦＩＤメディアに対する情報の読み出しや書き込みやすさを示すＱ値をはじめとしたＲＦネットワーク特性に影響が及ぶことがなく、ＲＦＩＤメディアに対する情報の読み出しや書き込みを行うことができる距離が短くなってしまうことがない。

このように本形態においては、電源１０と通信制御ＩＣ４０との間に抵抗素子７０が直列に接続されていることにより、通信制御ＩＣ４０に流れる電流がこの抵抗素子７０によって抑制されることになり、アンテナ２０とＲＦＩＤメディアとの距離が短くなることによりアンテナ２０のインピーダンスが小さくなっても、通信制御ＩＣ４０過大な電流が流れることが回避され、また、抵抗素子７０が、通信制御ＩＣ４０のアンテナ２０側ではなく、電源１０と通信制御ＩＣ４０との間に直列に接続されているので、ＲＦＩＤメディアに対する情報の読み出しや書き込みには影響がほとんど及ばず、ＲＦＩＤメディアに対する情報の読み出しや書き込みを行うことができる距離が短くなることも回避できる。

なお、本形態においては、抵抗素子７０として１０Ωの抵抗値を有するものを用いたが、抵抗素子７０の抵抗値は、１０Ωに限らず、通信制御ＩＣ４０の絶対定格電流や電源１０から供給可能な電力等によって適宜設定される。

また、アンテナとしてコイル形状のものを例に挙げて説明したが、その形状はコイル状でなくてもよく、電波帯にて磁界結合が生じるものであってもよい。

１０ 電源
２０ アンテナ
３０ ＲＦネットワーク部
４０ 通信制御ＩＣ
５０ マイコン
６０ インタフェース部
７０ 抵抗素子

Claims (1)

1. 電源と、ＲＦＩＤメディアとの間にて信号の送受信を行うためのアンテナと、前記電源と前記アンテナとの間に接続され、前記電源から供給される電力によって前記信号の変復調を行うＩＣ部とを有し、前記アンテナと前記ＲＦＩＤメディアとの距離によって変動する前記アンテナのインピーダンスに応じた電流が前記電源から前記ＩＣ部に供給され、前記ＲＦＩＤメディアとの間にて信号を送受信することにより、前記ＲＦＩＤメディアに対して非接触状態にて情報の読み出しや書き込みを行うＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタにおいて、
   前記電源と前記ＩＣ部との間に抵抗素子が直列に接続されていることを特徴とするＲＦＩＤメディア用リーダ／ライタ。

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